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水声通信网络MAC协议研究 摘 要 海洋中蕴含丰富的资源，随着陆地资源的日渐枯竭，人类逐渐把目光投向海洋。水 声通信网络在人类开发和利用海洋资源方面扮演重要的角色，它的应用领域如：海洋数 据采样、环境监测、灾难预防、辅助导航、分布式战术监测、编队探雷等。水声环境比 较恶劣，水声信道与陆上无线电信道不同，具有通信带宽有限、传输时延大、多径性、 多普勒频移、衰减严重、强时变、空变、随机性等特点。 首先，水声通信网络体系结构与陆上无线电网络体系结构有很大差异，节点受限于 能量问题更严重，且与传统的OSI模型不同，专家普遍把水声通信网络分为三层：网络 层、数据链路层、物理层。其中数据链路层主要起着为上层网络协议提供可靠链路作用， 它又分为逻辑链路层(U￡)和媒体接入控制层(MAC)，本文主要研究媒体接入控制 层协议。 然后，本文分析了水声通信网络MAC协议研究所面临的挑战以及几种主要的相关 MAC协议，重点分析了水声通信网络中的能效问题，推出能效问题是水声通信网络中 应该考虑的核心问题。 其次，从能效方面出发，主要研究两种比较典型的MAC协议：IEEE802．11协议和 S．MAC协议。IEEE 要研究DCF形式。S．MAC协议是在IEEE802．11协议的基础上，从能耗方面考虑改进 的协议。它通过周期性的侦听／睡眠机制减少空闲侦听时间，从而达到减少网络能耗的目 的。S．MAC协议由于采用固定的侦听／睡眠时间占空比，存在无法适应网络负载动态变 化的缺限，因此本文提出了一种动态调整侦听／睡眠时间占空比的改进协议。 最后，通过NS2仿真环境，分别构建相关网络场景，研究相关协议在水声环境中的 性能。考虑到水声环境的特殊性，分别统计了4种网络指标：网络时延、吞吐量、能耗、 议，主要是由于S．MAC协议采用了周期性的侦听／睡眠机制，而这是牺牲了其它一些因 素的基础上实现的。当网络业务量大时，改进协议在能效方面明显优于原先S．MAC协 议。 关键词：水声通信网：水声信道：802．11协议：S-MAC协议 水声通信网络MAC协议研究 ABSTRACT withthe ofland oceanwhichcontains Along increasingdepletion resources，the the abundantresourcesis concemed human．Underwateracoustic gradually by in communication all rolethe andutilizationof important networks(UAN)plays development marine resources,forinstance，Oceansampling，Environmental tactical reconnaissance． navigation，Distributedsurveillance，Mine prevention，Assisted Underwaterenvironmentis acousticchannelisdifferentfromthe poor,Underwater land·basedradio communication channel，Limited bandwidth，Largepropagationdelay, Multi-patheffect，Dopplershift，Severefading,St